1、桥梁风振概述桥梁风振概述v桥梁风致病害典型案例桥梁风致病害典型案例v桥梁风振的主要形态桥梁风振的主要形态v桥梁风工程的主要研究方法桥梁风工程的主要研究方法v桥梁风致振动的减振措施桥梁风致振动的减振措施 桥梁风振概述桥梁风振概述v陈政清陈政清桥梁风工程桥梁风工程v项海帆项海帆现代桥梁抗风理论与实践现代桥梁抗风理论与实践v项海帆项海帆桥梁概念设计桥梁概念设计主要参考资料：主要参考资料：桥梁风振概述桥梁风振概述桥梁风致病害典型案例桥梁风致病害典型案例 塔科马大桥：塔科马大桥：19401940年建成，年建成，三跨连续加劲梁悬索桥，主跨三跨连续加劲梁悬索桥，主跨853m853m，宽，宽11.9m,11.
2、9m,加劲梁为加劲梁为H H型板型板梁，梁高梁，梁高2.45m2.45m。建成建成4 4个月后，在个月后，在18m/s18m/s的的风速风速(8(8级级)作用下，发散振动持作用下，发散振动持续续70min70min。最后，吊杆断裂，加。最后，吊杆断裂，加劲梁坠落河中。劲梁坠落河中。原因：颤振失稳。原因：颤振失稳。塔科马大桥风毁实例塔科马大桥风毁实例 桥梁风振概述桥梁风振概述塔科马大桥风毁实例塔科马大桥风毁实例 桥梁风振概述桥梁风振概述1818-18401818-1840年风毁桥梁案例年风毁桥梁案例 桥梁风振概述桥梁风振概述 主桥为主桥为1010跨一联的钢箱梁跨一联的钢箱梁连续梁桥，最大跨度连续
3、梁桥，最大跨度240m240m，宽，宽22.9m,22.9m,梁高梁高6-11.5m6-11.5m。在在16-17m/s16-17m/s的风速作用下，的风速作用下，发生竖向涡激振动，发生竖向涡激振动，跨中振幅跨中振幅达达50 cm50 cm。安装安装1616台可调质量阻尼器台可调质量阻尼器（TMDTMD），涡激振动），涡激振动振幅只有振幅只有5 5 cmcm。日本东京湾通道桥的涡激共振日本东京湾通道桥的涡激共振 桥梁风振概述桥梁风振概述 日本名港西大桥（日本名港西大桥（MeikoNishiMeikoNishi）、洞庭湖大桥均实测到拉）、洞庭湖大桥均实测到拉索在风雨共存的条件下，发生风雨振。称为
4、影响最大的一种桥索在风雨共存的条件下，发生风雨振。称为影响最大的一种桥梁病害。梁病害。斜拉索风雨振斜拉索风雨振 桥梁风振概述桥梁风振概述桥梁风振的主要形态桥梁风振的主要形态 桥梁风振概述桥梁风振概述气动弹性现象：气动弹性现象：气流中的弹性体发生变形或振动，从而改变气气流中的弹性体发生变形或振动，从而改变气流边界条件，引起气流力的变化，反过来又引起弹性体新的变形流边界条件，引起气流力的变化，反过来又引起弹性体新的变形与振动，这种与振动，这种气流力与结构相互作用的现象即为气动弹性现象气流力与结构相互作用的现象即为气动弹性现象。桥梁风振概述桥梁风振概述颤振：颤振：扭转发散振动或弯扭发散振动。如塔克马
5、桥的桥面扭转扭转发散振动或弯扭发散振动。如塔克马桥的桥面扭转振动，飞机机翼振动振动，飞机机翼振动驰振：驰振：细长结构因气流自激作用发生的纯弯曲大幅振动。如结细长结构因气流自激作用发生的纯弯曲大幅振动。如结冰电线振动，塔柱、吊杆、拉索容易产生驰振形象。冰电线振动，塔柱、吊杆、拉索容易产生驰振形象。桥梁风振概述桥梁风振概述抖振：抖振：气流力受结构振动影响较小，气流力是一种强迫力，主气流力受结构振动影响较小，气流力是一种强迫力，主要是大气紊流导致结构强迫振动。要是大气紊流导致结构强迫振动。涡振：涡振：大跨度桥梁在低风速下容易发生的一种大跨度桥梁在低风速下容易发生的一种风致振动。风致振动。桥梁风振的研
6、究方法桥梁风振的研究方法 运用空气动力学原理，建立各类风荷载的数学模型，应运用空气动力学原理，建立各类风荷载的数学模型，应用结构动力学的方法，求解各类风致振动及其稳定性。用结构动力学的方法，求解各类风致振动及其稳定性。西奥多尔森西奥多尔森(Theodorsen)(Theodorsen)理想平板颤振自激力理论；斯理想平板颤振自激力理论；斯坎伦坎伦(Scanlan)(Scanlan)桥梁断面颤振理论；达文波特（桥梁断面颤振理论；达文波特（DavenportDavenport）抖振准定常理论。抖振准定常理论。桥梁风工程的进一步发展，有待于基本理论框架的新突桥梁风工程的进一步发展，有待于基本理论框架的
7、新突破。破。理论分析理论分析 桥梁风振概述桥梁风振概述 目前，风洞试验是一个十分重目前，风洞试验是一个十分重要且不可替代的手段。风洞试验包括：要且不可替代的手段。风洞试验包括：节段模型试验，全桥模型试验等。节段模型试验，全桥模型试验等。风洞试验风洞试验 桥梁风振概述桥梁风振概述 目前，风洞试验是一个十分重目前，风洞试验是一个十分重要且不可替代的手段。风洞试验包括：要且不可替代的手段。风洞试验包括：节段模型试验，全桥模型试验等。节段模型试验，全桥模型试验等。中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系风洞试验风洞试验第六章第六章 桥梁风振概述桥梁风振概述 实桥测量风振特征与参数，是一种很好的研究手段，尤
8、实桥测量风振特征与参数，是一种很好的研究手段，尤其是桥梁发生风致病害时，研究价值更大。塔克马桥的实况其是桥梁发生风致病害时，研究价值更大。塔克马桥的实况录像为桥梁事故原因分析以及桥梁风工程发展起到了重要的录像为桥梁事故原因分析以及桥梁风工程发展起到了重要的推动作用。推动作用。现场观测现场观测 桥梁风振概述桥梁风振概述 应用计算流体力学应用计算流体力学方法，在计算机上实现桥方法，在计算机上实现桥梁风振全过程，称为数值梁风振全过程，称为数值风洞技术。风洞技术。数值模拟数值模拟 桥梁风振概述桥梁风振概述桥梁风振的减振措施桥梁风振的减振措施 引起桥梁振动的风荷载性质与桥梁外形有关。在不改变桥引起桥梁振
9、动的风荷载性质与桥梁外形有关。在不改变桥梁结构与使用性能的前提下，适当改变桥梁外形或附加一些导梁结构与使用性能的前提下，适当改变桥梁外形或附加一些导流装置，往往可以减轻桥梁风振。如：流装置，往往可以减轻桥梁风振。如：空气动力学措施空气动力学措施 桥梁风振概述桥梁风振概述 加装风嘴、中央开槽、稳定板，使桥梁截面接近流线型，加装风嘴、中央开槽、稳定板，使桥梁截面接近流线型，避免或推迟漩涡脱落发生，增大竖向振动空气阻尼。避免或推迟漩涡脱落发生，增大竖向振动空气阻尼。桥梁风振概述桥梁风振概述 桥梁风振概述桥梁风振概述 加装风嘴、中央开槽、稳定板，使桥梁截面接近流线型，加装风嘴、中央开槽、稳定板，使桥梁截面接近流线型，避免或推迟漩涡脱落发生，增大竖向振动空气阻尼。避免或推迟漩涡脱落发生，增大竖向振动空气阻尼。桥梁风振概述桥梁风振概述 斜拉索表面制造成凹痕或螺旋线，可以减轻斜拉索风斜拉索表面制造成凹痕或螺旋线，可以减轻斜拉索风雨振的程度。雨振的程度。机械减振措施机械减振措施 桥梁风振概述桥梁风振概述 加阻尼器（如加阻尼器（如TMDTMD，磁流变阻尼器）。，磁流变阻尼器）。怎样达到很好的减怎样达到很好的减振效果？振效果？桥梁风振概述桥梁风振概述加辅助索，预防拉索风雨振加辅助索，预防拉索风雨振
